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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug, welches in einem abgegrenzten Teil eines Geländes autonom navigiert.
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STAND DER TECHNIK
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Unbemannte, autonome Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese werden zum Beispiel als Mähroboter oder als Staubsaugerroboter verwendet. Bei Mährobotern ist herkömmlicherweise ein Kabel mit einem Signal um das zu mähende Gelände herum eingegraben oder ist um das zu mähende Gelände herum ein Zaun angeordnet. Staubsaugerroboter werden durch Wände in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Das Einschränken der Bewegungsfreiheit eines Mähroboters oder eines Staubsaugerroboters erfordert daher eine infrastrukturelle Grenze, wodurch derartige Roboter nicht schnell einsetzbar sind. Nachteilig ist auch, dass, wenn nur ein Abschnitt eines Geländes gemäht werden darf oder ein Abschnitt eines Raums staubgesaugt werden darf, oder wenn sich ein Gelände oder ein Raum verändert, die infrastrukturelle Grenze angepasst werden muss. Es besteht daher Bedarf an einer flexiblen Lösung zum Begrenzen der Bewegungsfreiheit eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs und Navigieren des unbemannten, autonomen Fahrzeugs auf dem Gelände oder in dem Raum, ohne dass hierfür eine infrastrukturelle Grenze erforderlich ist.
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Ein derartiges Verfahren ist unter anderem aus
EP 2 884 364 bekannt.
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EP '364 beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein autonomes Fahrzeug für Gartenarbeit über ein Gelände bewegt wird, während das Fahrzeug zur gleichen Zeit Sätze von Bildern von Bereichen des Geländes aufnimmt. Mindestens zwei Bilder eines Satzes weisen identische Punkte in dem Bereich des Geländes auf. Gleichzeitig mit dem Bewegen des autonomen Fahrzeugs wird ein Algorithmus zum Lokalisieren des autonomen Fahrzeugs und zum Kartieren des Geländes ausgeführt, wobei aus den Sätzen von Bildern Geländedaten erzeugt werden, wobei die Geländedaten eine Punktwolke und relative Positionen des autonomen Fahrzeugs in der Punktwolke aufweisen. Auf die Punktwolke wird ein absoluter Maßstab angewendet. Der absolute Maßstab wird festgelegt, indem ein Referenzbild eines Referenzkörpers mit bekannten Abmessungen, bekannter räumlicher Orientierung und/oder Form aufgenommen und das Referenzbild mit Hilfe von Bildverarbeitung verarbeitet wird.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass, obwohl keine infrastrukturelle Grenze notwendig ist, die Inbetriebnahme des autonomen Fahrzeugs viel Zeit erfordert. Das autonome Fahrzeug muss über das gesamte Gelände bewegt werden, bevor eine Karte von dem Gelände verfügbar ist und das autonome Fahrzeug effektiv autonom navigieren kann. Dabei müssen zur gleichen Zeit relative Positionen des autonomen Fahrzeugs ermittelt werden, um die Bilder für die Erstellung einer Karte effektiv nutzen zu können. Für eine gute Karte zur Navigation sind gute relative Positionen unverzichtbar, was dazu führt, dass das autonome Fahrzeug neben einer Kamera mit einem oder mehreren zusätzlichen Sensoren zum Ermitteln der relativen Positionen ausgerüstet ist. Nachteilig ist auch, dass ein Referenzbild eines Referenzkörpers notwendig ist, um die Punktwolke absolut skalieren zu können. Bei Verlust des Referenzkörpers muss ein neuer identischer Referenzkörper vorgesehen oder ein neuer Referenzkörper definiert werden.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, mindestens eine Lösung für einige der oben genannten Probleme oder Nachteile zu finden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug nach Anspruch 1.
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Ein derartiges unbemanntes, autonomes Fahrzeug ist vorteilhaft, da es nach einer minimalen Anstrengung durch eine Person und ohne Nutzung infrastruktureller Grenzen zum autonomen Erkunden eines von einem Gelände abgegrenzten Teils, zum Erstellen einer Karte von dem Gelände und zum autonomen Navigieren innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils geeignet ist.
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Das unbemannte Fahrzeug wird hierfür zuerst entlang einer Umfassung in dem Gelände bewegt, wobei eine erste Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände festgehalten wird. Die Umfassung legt einen von dem Gelände abgegrenzten Teil fest. Auf der Grundlage der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern wird danach eine Karte von der Umfassung in dem Gelände erstellt. Danach wird erst die Karte der Umfassung erstellt, was das Festhalten der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände im Vergleich zu einem unbemannten, autonomen Fahrzeug vereinfacht und beschleunigt, bei welchem gleichzeitig relative Positionen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs gespeichert werden und eine Karte von dem Gelände erstellt wird. Die Karte von der Umfassung in dem Gelände ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch dann der von dem Gelände abgegrenzte Teil durch das unbemannte, autonome Fahrzeug autonom erkundet werden kann, wobei eine zweite Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände aufgenommen wird. Das unbemannte und autonome Fahrzeug weiß mit Hilfe der Karte von der Umfassung in dem Gelände, wann es sich an der Umfassung befindet und bleibt dadurch innerhalb des abgegrenzten Teils. Es ist für eine Person nicht mehr notwendig, selbst das unbemannte, autonome Fahrzeug über das gesamte Gelände zu bewegen, wodurch eine Inbetriebnahme weniger Zeit von der Person erfordert. Nachdem der abgegrenzte Teil durch das unbemannte, autonome Fahrzeug autonom erkundet worden ist, wird auf der Grundlage der ersten und der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern eine Karte von dem Gelände erstellt. Das unbemannte, autonome Fahrzeug kann auf der Grundlage der Karte von dem Gelände innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils autonom navigieren, ohne dass hierfür infrastrukturelle Grenzen angebracht werden müssen.
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Bevorzugte Formen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs sind in den Ansprüchen 2 bis 16 wiedergegeben.
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Eine besonders bevorzugte Form betrifft ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug nach Anspruch 2.
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Bei dieser bevorzugten Form wird das unbemannte, autonome Fahrzeug durch das Folgen einer Person entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt. Das unbemannte, autonome Fahrzeug hält mittels der Kamera die Person fest, und die Person wird von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug in den festgehaltenen Bildern erkannt und ihr gefolgt. Dies ist vorteilhaft, da das Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs eine minimale Anstrengung von der Person erfordert. Die Umfassung muss ein einziges Mal von der Person abgegangen werden, um das unbemannte, autonome Fahrzeug den durch die Umfassung von dem Gelände abgegrenzten Teil weiter vollständig autonom erkunden zu lassen und danach eine Karte von dem Gelände zu erstellen. Das unbemannte, autonome Fahrzeug muss von der Person selbst nicht körperlich bewegt werden oder mit Hilfe einer Bedienung, sei es eine Fernbedienung oder nicht, gesteuert werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung des Schätzens eines Abstands von einem identischen Punkt bis zu einem unbemannten, autonomen Fahrzeug und des Schätzens einer Abmessung eines identischen Punkts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Sofern es nicht anders definiert ist, haben alle in der Beschreibung der Erfindung verwendeten Begriffe, auch technische und wissenschaftliche Begriffe, die Bedeutung, wie sie von dem Fachmann auf dem technischen Gebiet der Erfindung allgemein verstanden werden. Zu einer besseren Beurteilung der Beschreibung der Erfindung werden die folgenden Begriffe explizit erläutert.
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„Ein“, „der, die“ und „das“ beziehen sich in diesem Dokument sowohl auf den Singular als auch auf den Plural, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes hervorgeht. Zum Beispiel bedeutet „ein Segment“ ein oder mehr als ein Segment.
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Die Begriffe „aufweisen“, „aufweisend“, „bestehen aus“, „bestehend aus“, „vorgesehen mit“, „umfassen“, „umfassend“, „enthalten“, „enthaltend“ sind Synonyme und sind einschließende oder offene Begriffe, welche auf das Vorhandensein dessen hinweisen, was folgt, und welche das Vorhandensein anderer Komponenten, Merkmale, Elemente, Glieder, Schritte, welche aus dem Stand der Technik bekannt oder darin beschrieben sind, nicht ausschließen oder diesem entgegenstehen.
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Die Angabe von numerischen Intervallen durch die Endpunkte weist alle ganzen Zahlen, Brüche und/oder reellen Zahlen zwischen den Endpunkten, einschließlich dieser Endpunkte auf.
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Ein Verfahren zur Navigation eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs in einem von einem Gelände abgegrenzten Teil wird hierin beschrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das unbemannte Fahrzeug eine Antriebseinheit und eine Kamera zum Aufnehmen von Bildern von dem Gelände auf.
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Die Antriebseinheit weist mindestens ein Rad und einen Motor zum Antreiben des Rads auf. Vorzugsweise ist der Motor ein Elektromotor. Vorzugsweise weist das unbemannte, autonome Fahrzeug eine Batterie für die Versorgung des Motors und anderer elektrischer Systeme auf. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug zwei, drei, vier oder mehr Räder aufweisen kann, wobei mindestens ein Rad, vorzugsweise mindestens zwei Räder, zum Antrieb mit dem Motor gekoppelt sind. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass das mindestens eine Rad ein Bestandteil einer Raupenkette sein kann, wobei die Raupenkette mittels des mindestens einen Rads durch den Motor antreibbar ist. Das unbemannte, autonome Fahrzeug weist eine Lenkvorrichtung zum Lenken des unbemannten, autonomen Fahrzeugs. Die Lenkvorrichtung ist eine herkömmliche Lenkvorrichtung, wobei mindestens ein Rad drehbar montiert ist. Alternativ ist die Lenkvorrichtung Bestandteil der Antriebseinheit, wobei zwei Räder an gegenüberliegenden Seiten des unbemannten, autonomen Fahrzeugs durch den Motor unterschiedlich angetrieben werden können. Unterschiedlich bedeutet mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder entgegengesetzter Drehrichtung. Die Lenkvorrichtung kann Teil der Antriebseinheit sein oder nicht.
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Die Kamera ist eine Digitalkamera. Die Kamera ist zumindest dafür geeignet, um zweidimensionale Bilder zu machen. Optional ist die Kamera dafür geeignet, um dreidimensionale Bilder mit oder ohne Tiefenermittlung zu machen. Die Kamera weist einen bekannten Sichtwinkel auf. Die Kamera weist eine bekannte Position und Ausrichtung auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug auf. Dadurch, dass der Sichtwinkel der Kamera und die Position und die Ausrichtung der Kamera auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug bekannt sind, ist es mittels Trigonometrie und/oder Photogrammetrie möglich, einen Abstand zwischen einem Objekt auf einem Bild und der Kamera und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug, einen Abstand zwischen zwei Objekten auf einem Bild und/oder eine Größe eines Objekts auf einem Bild automatisiert zu schätzen, selbst wenn die Kamera nur dafür geeignet ist, um zweidimensionale Bilder zu machen. Die Kamera weist eine feste Position und Ausrichtung auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug auf. Alternativ ist die Kamera drehbar montiert, wobei die Kamera in einer horizontalen Ebene um 360° und in einer vertikalen Ebene um 180° drehbar ist. Die drehbare Aufstellung der Kamera ist vorzugsweise an Motoren mit Encodern antreibbar gekoppelt. Motoren mit Encodern sind vorteilhaft, um die Position und Ausrichtung einer drehbar montierten Kamera zu kennen.
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Das Verfahren weist die Schritte auf:
- - Bewegen des unbemannten Fahrzeugs auf dem Gelände. Das Gelände kann sowohl drinnen, zum Beispiel eine Fabrikhalle oder ein Festsaal, als auch draußen, zum Beispiel ein Garten, ein Fußballfeld oder ein Platz, sein. Die Kamera hält zur gleichen Zeit Sätze von Bildern von dem Gelände fest. Mindestens zwei Bilder eines Satzes weisen eine Anzahl identischer Punkte in dem Gelände auf. Diese Anzahl ist mindestens eins. Nicht einschränkende Beispiele für identische Punkte sind ein Baum, ein Zaun, eine Mauer, ein Pfosten, ein Weg, ... Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass ein identischer Punkt auch ein Teil eines Baums, eines Zauns, einer Mauer oder dergleichen sein kann. Vorzugsweise weisen alle zwei nacheinander erfassten Bilder eines Satzes von Bildern eine Anzahl gleicher identischer Punkte auf. Ein erster Satz von Bildern bildet eine Wiedergabe von einem ersten Teil des Geländes, welcher für die Kamera des unbemannten, autonomen Fahrzeugs zu dem Zeitpunkt des Festhaltens der Bilder sichtbar ist. Ein zweiter Satz von Bildern bildet eine Wiedergabe eines zweiten Teils des Geländes. Der zweite Satz kann, muss aber nicht identische Punkte mit dem ersten Satz gemeinsam haben. Ein zweiter Satz von Bildern wird zum Beispiel nach dem Drehen des unbemannten Fahrzeugs in eine andere Richtung festgehalten, wodurch ein zweiter Teil des Geländes für die Kamera des unbemannten, autonomen Fahrzeugs sichtbar wird. Die Bilder werden mit einer geeigneten Geschwindigkeit, ausgedrückt in Bilder pro Sekunde, festgehalten, so dass mindestens zwei Bilder eines Satzes eine Anzahl identischer Punkte in dem Gelände aufweisen, vorzugsweise mindestens zwei aufeinanderfolgende Bilder eines Satzes eine Anzahl identischer Punkte in dem Gelände aufweisen. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass die Geschwindigkeit beim Festhalten eines Satzes von Bildern von einer Geschwindigkeit abhängig ist, mit welcher das unbemannte, autonome Fahrzeug auf dem Gelände bewegt wird.
- - Erstellen einer Karte von dem Gelände auf der Grundlage der Sätze von Bildern von dem Gelände. Die Karte von dem Gelände wird nach dem Festhalten von Sätzen von Bildern erstellt. Hierdurch muss das autonome Fahrzeug nicht zur gleichen Zeit Sätze von Bildern festhalten und ein Gelände kartieren, wodurch ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug eine begrenzte Rechenleistung benötigt und wodurch das Festhalten von Sätzen von Bildern schneller und einfacher wird. Die Sätze von Bildern werden mittels Bildverarbeitung automatisch verarbeitet, wobei identische Punkte, welche in mehreren Bildern vorhanden sind, identifiziert werden. Identische Punkte werden identifiziert, indem nach gleichen oder gleichwertigen Pixeln in den Sätzen von Bildern gesucht wird. Pixel sind zum Beispiel gleich oder gleichwertig, wenn sie Teil einer selben Kontur von beispielsweise einem Baum, einer Mauer oder einem Zaun sind. Die Konturen in den festgehaltenen Bildern werden vorzugsweise mit Hilfe eines Algorithmus zur Kantendetektion bestimmt. Nicht einschränkende Beispiele sind ein Canny-Algorithmus und ein Sobel-Operator. Gleiche oder gleichwertige Pixel weisen vorzugsweise Pixelwerte auf, welche sich höchstens durch einen zuvor festgelegten Wert voneinander unterscheiden. Vorzugsweise unterscheiden sich acht benachbarte Pixel auch von den gleichen oder gleichwertigen Pixeln, welche auf einem quadratischen Umfang um die besagten gleichen oder gleichwertigen Pixel herumliegen, höchstens durch einen zuvor festgelegten Wert voneinander. Ein identischer Punkt ist identifiziert, wenn in mindestens zwei Bildern mindestens 50 gleiche oder gleichwertige Pixel gefunden sind, vorzugsweise mindestens 100 gleiche oder gleichwertige Pixel, besonders bevorzugt mindestens 150 gleiche oder gleichwertige Pixel und noch mehr bevorzugt mindestens 200 gleiche oder gleichwertige Pixel. Mittels Trigonometrie und/oder Photogrammetrie werden Abstände zwischen identischen Punkten auf einem Bild und der Kamera und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug, Abstände zwischen zwei identischen Punkten auf dem gleichen Bild und/oder Abmessungen identischer Punkte auf einem Bild automatisiert geschätzt. Diese Schätzungen sind nicht unbedingt genau und können Fehler aufweisen. Durch das zahlreiche Schätzen von Abständen zwischen identischen Punkten und Abmessungen identischer Punkte auf der Grundlage von mehreren Bildern, vorzugsweise in mehreren Sätzen von Bildern, werden die Fehler in den Schätzungen gemittelt und kann eine Karte von dem Gelände erstellt werden, in welcher Positionen von den identischen Punkten in Bezug zueinander festgelegt sind. Die Karte ist durch das zahlreiche Schätzen von Abständen und Abmessungen automatisch absolut skaliert, ohne Verwendung eines Referenzkörpers mit bekannten Abmessungen, bekannter räumlicher Orientierung und/oder Form. Optional kann zusätzliche Information zum absoluten Skalieren verwendet werden, wie zum Beispiel Schätzungen von Abständen zwischen dem unbemannten, autonomen Fahrzeug und identischen Punkten in einem dreidimensionalen Bild auf der Grundlage von Tiefenermittlungen in dem dreidimensionalen Bild oder einer Abstandsmessung von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug zu einem identischen Punkt in einem Bild mit Hilfe von Lasern, Ultraschall-Sendern/Empfängern, Radaren oder anderen geeigneten Mitteln, welche in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug vorhanden sind, wobei die Abstandsmessung zusammen mit dem Bild gespeichert wird.
- - Autonomes Navigieren des unbemannten, autonomen Fahrzeugs in einem von dem Gelände abgegrenzten Teil auf der Grundlage der von dem Gelände erstellten Karte. Das unbemannte, autonome Fahrzeug hält während des Navigierens mit Hilfe der Kamera Bilder von dem Gelände fest und identifiziert unter Verwendung von Bilderkennung identische Punkte, welche in die von dem Gelände erstellte Karte aufgenommen sind. Die von dem Gelände erstellte Karte wird vorzugsweise in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug gespeichert. Mittels Trigonometrie und/oder Photogrammetrie werden Abstände zwischen identifizierten identischen Punkten in einem festgehaltenen Bild und der Kamera und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug geschätzt und wird auf der Grundlage der geschätzten Abstände zwischen den identifizierten identischen Punkten und der von dem Gelände erstellten Karte eine Position des unbemannten, autonomen Fahrzeugs in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil ermittelt. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil von aufeinanderfolgenden, ermittelten Positionen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs zumindest vorübergehend von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug gespeichert. Vorzugsweise werden mindestens die letzten zehn aufeinanderfolgenden, ermittelten Positionen zumindest vorübergehend gespeichert, besonders bevorzugt mindestens zwanzig, noch mehr bevorzugt mindestens dreißig und sogar noch mehr bevorzugt mindestens fünfzig. Das zumindest vorübergehende Speichern von aufeinanderfolgenden, ermittelten Positionen ist für eine genaue Ermittlung einer Position des unbemannten, autonomen Fahrzeugs in dem abgegrenzten Teil des Geländes dadurch vorteilhaft, dass eine falsche Schätzung von einem oder mehreren Abständen zu identischen Punkten detektiert werden kann, da dies zum Beispiel zu einer unmöglichen Veränderung der Position des unbemannten Fahrzeugs im Vergleich zu den zuletzt gespeicherten aufeinanderfolgenden ermittelten Positionen führt. Das unbemannte Fahrzeug kann in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil gemäß einem beliebigen Muster oder einem festgelegten Muster autonom navigieren. Vorzugsweise führt das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Navigierens in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil eine Aufgabe aus, wie zum Beispiel das Mähen einer Rasenfläche, das Kehren eines Platzes, das Staubsaugen eines Raums, das autonome Transportieren von Waren in einer Fabrikhalle oder auf einem Firmengelände, ...
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das unbemannte Fahrzeug zuerst entlang einer Umfassung in dem Gelände bewegt. Die Umfassung legt einen von dem Gelände abgegrenzten Teil fest. Die Umfassung kann vollständig innerhalb des Geländes, zum Beispiel ein Teil in der Mitte einer Weide, vollständig auf einem äußeren Umfang des Geländes, zum Beispiel ein durch eine Umzäunung abgegrenzter äußerer Umfang der Weide, oder teilweise innerhalb und teilweise an dem äußeren Umfang des Geländes, zum Beispiel ein Teil einer Weide, welcher an ein Stück der Umzäunung grenzt, liegen. Die Umfassung verläuft nicht notwendigerweise entlang oder gemäß einer infrastrukturellen Grenze, wie zum Beispiel ein Zaun oder ein Draht. Während des Bewegens des unbemannten Fahrzeugs entlang der Umfassung wird eine erste Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände festgehalten. Während des Bewegens des unbemannten Fahrzeugs entlang der Umfassung wird keine Lokalisierung des unbemannten und autonomen Fahrzeugs vorgenommen, wodurch ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug eine begrenzte Rechenleistung benötigt und wodurch das Festhalten der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern schneller und einfacher wird. Die Sätze von Bildern sind gleichwertig, wie es vorstehend beschrieben wurde. Diese erste Sammlung von Sätzen von Bildern bildet eine Wiedergabe der Umfassung des von dem Gelände abgegrenzten Teils. Auf der Grundlage der ersten Sammlung von Bildern wird eine Karte von der Umfassung in dem Gelände erstellt. Die Karte wird nach dem Festhalten der ersten Sammlung von Bildern auf ähnliche Weise, wie es zuvor beschrieben wurde, erstellt, wodurch ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug eine begrenzte Rechenleistung benötigt, um die Karte der Umfassung in dem Gelände zu erstellen. Die von der Umfassung in dem Gelände erstellte Karte weist hauptsächlich identische Punkte auf der Umfassung und für die Kamera von der Umfassung aus sichtbare identische Punkte auf. Die automatisch erstellte Karte weist eine Markierung von der Umfassung des von dem Gelände abgegrenzten Teils auf.
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An die Erstellung der Karte von der Umfassung schließt sich das autonome Erkunden des von dem Gelände abgegrenzten Teils auf der Grundlage der von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte an. Das unbemannte, autonome Fahrzeug bewegt sich in einem zufälligen oder festgelegten Muster autonom auf dem Gelände. Während des Erkundens wird eine zweite Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände festgehalten. Gleichzeitig mit dem Festhalten der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern identifiziert das unbemannte, autonome Fahrzeug identische Punkte, welche in die von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte aufgenommen sind. Die von der Umfassung erstellte Karte wird vorzugsweise in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug gespeichert. Mittels Trigonometrie und/oder Photogrammetrie werden Abstände zwischen identifizierten identischen Punkten in einem festgehaltenen Bild und der Kamera und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug geschätzt und wird auf der Grundlage der geschätzten Abstände und der von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte eine Position des unbemannten, autonomen Fahrzeugs in Bezug auf die Umfassung in dem Gelände ermittelt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch das unbemannte, autonome Fahrzeug autonom detektiert, dass die Umfassung des von dem Gelände abgegrenzten Teils erreicht ist, woraufhin sich das unbemannte, autonome Fahrzeug von der Umfassung entfernt und innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils bleibt. Hierdurch ist es nicht erforderlich, dass eine Person selbst das unbemannte, autonome Fahrzeug über den gesamten von einem Gelände abgegrenzten Teil bewegt, wodurch eine Inbetriebnahme des unbemannten, autonomen Fahrzeugs weniger Zeit von der Person erfordert. Die Lokalisierung des unbemannten, autonomen Fahrzeugs ist eine begrenzte Lokalisierung mittels einer begrenzten Karte von der Umfassung in dem Gelände, wodurch ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug eine begrenzte Rechenleistung benötigt und wodurch das Festhalten der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern schneller und einfacher wird.
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Nach dem Erkunden des von dem Gelände abgegrenzten Teils wird auf der Grundlage der ersten und der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern die Karte von dem Gelände erstellt. Dies ist der Schritt des Verfahrens, welches zuvor beschrieben wurde.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft für das autonome Navigieren eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs innerhalb eines von dem Gelände abgegrenzten Teils, wobei eine Inbetriebnahme des unbemannten, autonomen Fahrzeugs schnell und effizient erfolgen kann und wobei ein Teil des Geländes abgegrenzt werden kann, ohne dass infrastrukturelle Grenzen erforderlich sind. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um zum Beispiel einen Teil von zum Beispiel einer durchgehenden Rasenfläche, einen Teil von einem offenen Platz oder einen Teil von einer großen Halle abzugrenzen, ohne infrastrukturelle Grenzen anzubringen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das unbemannte, autonome Fahrzeug während des Bewegens entlang der Umfassung in dem Gelände von einer Person gezogen oder geschoben. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da das unbemannte, autonome Fahrzeug minimale Vorkehrungen aufweisen muss, um entlang der Umfassung bewegt werden zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das unbemannte, autonome Fahrzeug während des Bewegens entlang der Umfassung in dem Gelände durch eine Person mit Hilfe einer Bedienung bewegt. Die Bedienung ist vorzugsweise eine Fernbedienung. Die Fernbedienung ist kabelgebunden oder drahtlos. Die Fernbedienung ist vorzugsweise drahtlos. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da eine Person keine großen körperlichen Anstrengungen wie beispielsweise Ziehen oder Schieben des unbemannten, autonomen Fahrzeugs leisten muss.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das unbemannte, autonome Fahrzeug durch das Folgen einer Person entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt. Das unbemannte, autonome Fahrzeug hält mittels der Kamera Bilder von der Person fest. Die Person wird unter Verwendung von Bilderkennung in den festgehaltenen Bildern von dem unbemannten Fahrzeug erkannt und ihr gefolgt. Das unbemannte, autonome Fahrzeug macht von der Antriebseinheit und der Lenkvorrichtung Gebrauch, um die Person vor der Kamera sichtbar und auf einen gleichen Abstand zu halten.
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Vorzugsweise ist das unbemannte, autonome Fahrzeug dafür ausgelegt, um die Person auf einen Abstand von mindestens 1 m und höchstens 5 m zu halten. Vorzugsweise ist das unbemannte, autonome Fahrzeug dafür ausgelegt, um die Person auf einen Abstand von mindestens 1,5 m, besonders bevorzugt auf mindestens 2 m und noch mehr bevorzugt auf mindestens 2,5 m zu halten. Vorzugsweise ist das unbemannte, autonome Fahrzeug dafür ausgelegt, um die Person auf einen Abstand von höchstens 4 m, besonders bevorzugt auf höchstens 3,5 m und noch mehr bevorzugt auf höchstens 3,25 m zu halten. Innerhalb dieser Abstände ist eine Person weit genug von der Kamera entfernt, so dass die Kamera eine ausreichende Sicht auf das Gelände hat und die Sätze von Bildern von dem Gelände verwendbar sind, um eine Karte von der Umfassung in dem Gelände zu erstellen. Andererseits ist die Person nah genug an der Kamera, so dass die Person von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug einfach und erfolgreich erkannt und ihr dann auch gefolgt werden kann.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da das Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs eine minimale Anstrengung von der Person erfordert. Die Umfassung muss ein einziges Mal von der Person abgegangen werden, um das unbemannte, autonome Fahrzeug den durch die Umfassung von dem Gelände abgegrenzten Teil weiter vollständig autonom erkunden zu lassen und danach eine Karte von dem Gelände zu erstellen. Das unbemannte, autonome Fahrzeug muss von der Person selbst nicht körperlich bewegt werden oder mit Hilfe einer Bedienung, sei es eine Fernbedienung oder nicht, gesteuert werden. Das Steuern eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs mit einer Bedienung erfordert eine große Lernkurve, während nach dem Erstellen der Karte von dem Gelände das manuelle Bedienen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs nicht mehr notwendig ist.
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Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug dafür geeignet sein kann, um entlang der Umfassung in dem Gelände gemäß jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen bewegt zu werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Festhaltens der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern nur ein Satz von Bildern festgehalten. Gleichzeitig mit dem Festhalten des genannten Satzes von Bildern werden identische Punkte in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Bildern identifiziert. Wenn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern nicht mindestens ein identischer Punkt identifiziert werden kann, wird ein Signal erzeugt und/oder das Festhalten der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern gestoppt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bei einem Satz von Bildern, wobei zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Bildern mindestens ein identischer Punkt identifiziert werden kann, eine Karte von der Umfassung in dem Gelände garantiert erstellt werden kann. Hierdurch besteht keine Gefahr, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug erneut über das Gelände bewegt werden muss, da die Erstellung der Karte von der Umfassung in dem Gelände nicht gelingt. Dies kann zum Beispiel geschehen, wenn die Kamera des unbemannten, autonomen Fahrzeugs abgedeckt wurde und die Kamera erst an einer anderen Position entlang der Umfassung in dem Gelände wieder ein freies Sichtfeld besitzt, wodurch möglicherweise keine identischen Punkte mehr identifiziert werden können, welche mit identischen Punkten in zuvor festgehaltenen Bildern übereinstimmen und keine Karte von einer geschlossenen Umfassung in dem Gelände erstellt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug über eine Datenverbindung, vorzugsweise eine drahtlose Datenverbindung, auf einem Server gespeichert. Die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern werden für die Erstellung der Karte von der Umfassung in dem Gelände und für die Erstellung der Karte von dem Gelände in dem Server verarbeitet. Der Server ist ein lokaler Server oder ein Server in der Cloud. Die drahtlose Datenverbindung ist eine WiFi-Verbindung oder eine Datenverbindung über ein mobiles Netzwerk, wie zum Beispiel 5G.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da ein Server ausreichend Speicher- und Rechenleistung aufweist, um die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern zu speichern und zu verarbeiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug gespeichert. Hierzu weist das unbemannte, autonome Fahrzeug einen Speicher, vorzugsweise einen nichtflüchtigen Speicher, auf. Die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern werden für die Erstellung der Karte von der Umfassung in dem Gelände und für die Erstellung der Karte von dem Gelände in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug verarbeitet. Hierzu weist das unbemannte, autonome Fahrzeug einen Arbeitsspeicher und einen Prozessor auf. Dadurch, dass die erste und die zweite Sammlung von Sätzen von Bildern nach dem Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs entlang der Umfassung in dem Gelände und nach dem autonomen Erkunden des von dem Gelände abgegrenzten Teils erst verarbeitet werden, ist noch immer eine begrenzte Rechenleistung in dem unbemannten, autonomen Fahrzeug erforderlich.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da Sätze von Bildern festgehalten und gespeichert werden können und zur Erstellung der Karte von der Umfassung in dem Gelände und der Karte von dem Gelände verarbeitet werden können, selbst wenn das unbemannte, autonome Fahrzeug keine Datenverbindung aufweist. Das Senden der ersten und der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern über eine Datenverbindung, insbesondere eine Datenverbindung über ein mobiles Netzwerk, kann in Abhängigkeit von der Größe des Geländes viele Daten erfordern und in Abhängigkeit von der Art des Vertrags teuer sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die erste und die zweite Sammlung von Bildern in dem unbemannten Fahrzeug verarbeitet, während das unbemannte Fahrzeug an einer Ladestation geladen wird. Das unbemannte, autonome Fahrzeug ist mit Hilfe eines elektrischen Kabels oder elektrischer Kontakte mit der Ladestation verbunden. Alternativ wird das unbemannte, autonome Fahrzeug drahtlos von der Ladestation geladen. Das Verarbeiten der ersten und der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern ist eine rechenintensive Aufgabe, welche viel Leistung erfordert. Durch das Verarbeiten der ersten und der zweiten Sammlung von Sätzen von Bildern, während das unbemannte, autonome Fahrzeug geladen wird, wird vermieden, dass während der Verarbeitung zum Beispiel die Batterie des unbemannten, autonomen Fahrzeugs einen kritischen Stand erreicht oder erschöpft wird, wodurch die Verarbeitung vorzeitig beendet wird und möglicherweise Zwischenergebnisse, eine bereits erstellte Karte von der Umfassung in dem Gelände und/oder Sätze von Bildern verloren gehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Karte von dem Gelände absolut skaliert, wobei das absolute Skalieren lediglich auf der Grundlage einer Schätzung von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in mindestens zwei Bildern erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch die Kamera des unbemannten, autonomen Fahrzeugs lediglich zum Herstellen von zweidimensionalen Bildern geeignet sein muss. Die Kamera muss nicht dafür geeignet sein, um dreidimensionale Bilder zu machen. Die Kamera muss nicht für Tiefenermittlung geeignet sein. Vorzugsweise ist nur eine Kamera für zweidimensionale Bilder auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug montiert. Vorzugsweise ist die Kamera fest auf dem Fahrzeug montiert. Vorzugsweise weist das unbemannte Fahrzeug keine Laser, Ultraschall-Sender/Empfänger, Radare oder andere geeignete Mittel zum Messen von Abständen zwischen dem unbemannten, autonomen Fahrzeug und einem Objekt auf dem Gelände auf.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da hierdurch ein sehr einfaches unbemanntes, autonomes Fahrzeug zur Navigation in einem von dem Gelände abgegrenzten Teil verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das unbemannte, autonome Fahrzeug einen Sensor zum Messen einer Anzahl von Umdrehungen des mindestens einen Rads des unbemannten, autonomen Fahrzeugs. Die gemessene Anzahl von Umdrehungen wird als ein Filter für Schätzungen von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in zwei Bildern verwendet. Hierzu wird die gemessene Anzahl von Umdrehungen eines Rads zwischen dem Festhalten von zwei aufeinanderfolgenden Bildern zusammen mit dem zuletzt festgehaltenen Bild gespeichert. Die Anzahl von Umdrehungen ist ein Maß für eine von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug zwischen dem Festhalten von zwei aufeinanderfolgenden Bildern zurückgelegte Strecke. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass durch Addieren der gespeicherten Anzahlen von Umdrehungen von aufeinanderfolgenden Bildern ein Maß für die von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug zwischen einem ersten Bild und einem letzten Bild der aufeinanderfolgenden Bilder zurückgelegte Strecke erhalten wird. Wenn zum Beispiel eine Schätzung von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in zwei Bildern um einen Faktor größer oder kleiner ist als das, was auf der Grundlage einer durch das unbemannte, autonome Fahrzeug zwischen dem Aufnehmen der beiden Bilder zurückgelegten Strecke erwartet werden kann, ist dies ein Indiz dafür, dass die Schätzung von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten falsch ist. Die Schätzung wird in diesem Fall nicht weiterverwendet. Um zu ermitteln, welche Schätzung von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten wahrscheinlich fehlerhaft ist, nämlich diejenige auf der Grundlage eines ersten oder auf der Grundlage eines zweiten von zwei Bildern, werden die Schätzungen mit einem Mittelwert von bereits verfügbaren Schätzungen der besagten Abmessungen und/oder Abstände von und/oder zwischen identischen Punkten verglichen. Die Schätzung, welche am meisten von dem besagten Mittelwert abweicht, wird als fehlerhafte Schätzung angesehen.
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Die Anzahl von Umdrehungen ist ein Maß für die zurückgelegte Strecke, ist aber aufgrund von möglichem Schlupf des mindestens einen Rads nicht unbedingt genau. Außerdem ist es möglich, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug während des Festhaltens von Sätzen von Bildern die Richtung ändert. Dazu wird die Anzahl von Umdrehungen des mindestens einen Rads als Filter für Schätzungen von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in zwei Bildern verwendet, wobei höchstens 10 zwischenliegende Bilder zwischen dem ersten und dem zweiten der beiden Bilder festgehalten sind, vorzugsweise höchstens 8, mehr bevorzugt höchstens 6, noch mehr bevorzugt höchstens 4 und sogar noch mehr bevorzugt höchstens 2.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um die Genauigkeit der von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte und/oder die Genauigkeit der von dem Gelände erstellten Karte zu erhöhen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Erkunden des von dem Gelände abgegrenzten Teils einem Muster aus immer kleineren Schleifen innerhalb der Umfassung gefolgt. Jeder Schleife wird sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn gefolgt. Vorzugsweise weist eine Schleife eine Form auf, welche der Form der Umfassung des von dem Gelände abgegrenzten Teils ähnlich ist. Vorzugsweise befindet sich eine nächste kleinere Schleife in einem Abstand von mindestens 1 m und höchstens 5 m innerhalb einer vorherigen größeren Schleife. Mehr bevorzugt befindet sich eine nächste kleinere Schleife in einem Abstand von mindestens 2 m innerhalb einer vorherigen größeren Schleife, noch mehr bevorzugt in einem Abstand von mindestens 2,5 m. Mehr bevorzugt befindet sich eine nächste kleinere Schleife in einem Abstand von höchstens 4 m innerhalb einer vorherigen größeren Schleife, noch mehr bevorzugt in einem Abstand von höchstens 3,5 m.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da im Vergleich zu einem willkürlichen Muster hierdurch eine schnellere autonome Erkundung des von dem Gelände abgegrenzten Teils durch das unbemannte, autonome Fahrzeug möglich ist, während eine ausreichend große zweite Sammlung von Sätzen von zweiten Bildern festgehalten wird, um eine Karte von dem Gelände zu erstellen. Dadurch, dass den Schleifen sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn gefolgt wird, kann sichergestellt werden, dass identische Punkte aus mehreren Blickwinkeln in Sätzen von Bildern festgehalten werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit einer zuvor beschriebenen Ausführungsform, wobei die Karte von dem Gelände absolut skaliert wird, wobei das absolute Skalieren lediglich auf der Grundlage einer Schätzung von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in mindestens zwei Bildern erfolgt. Durch das zahlreiche Schätzen von Abständen zwischen identischen Punkten auf der Grundlage von mehreren Bildern, vorzugsweise in mehreren Sätzen von Bildern, werden die Fehler in den Schätzungen gemittelt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erkennt das unbemannte, autonome Fahrzeug eine Bodenart mittels Bilderkennung. Die Bodenart kann zum Beispiel eine Rasenfläche, ein Betonweg, ein Fliesenboden, ... sein. Das unbemannte, autonome Fahrzeug vergleicht die erkannte Bodenart mit einer zuvor festgelegten Bodenart. Zum Beispiel kann bei einem unbemannten, autonomen Fahrzeug zum Mähen eine Rasenfläche die zuvor festgelegte Bodenart sein. Bei einem unbemannten, autonomen Fahrzeug zum Kehren eines Platzes können Klinker die zuvor festgelegte Bodenart sein. Falls beim Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs entlang der Umfassung in dem Gelände während des Festhaltens der ersten Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände an einer Stelle in dem Gelände eine von der zuvor festgelegten Bodenart abweichende Bodenart erkannt wird, wird automatisch eine Umfassung eines von dem Gelände zweiten abgegrenzten Teils ermittelt. Wenn zum Beispiel ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug zum Mähen, während es sich entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt, plötzlich einen Betonweg als Bodenart erkennt, weil ein Betonweg die Rasenfläche kreuzt, wird die Umfassung automatisch zwei von dem Gelände abgegrenzte Teile abgrenzen, nämlich einen ersten Teil der Rasenfläche auf einer ersten Seite des Betonwegs und einen zweiten Teil auf einer zweiten gegenüberliegenden Seite des Betonwegs. Wenn zum Beispiel ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug zum Kehren eines Platzes, während es sich entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt, plötzlich einen asphaltierten Streifen als Bodenart erkennt, weil ein Radweg den Platz kreuzt, wird die Umfassung automatisch zwei von dem Gelände abgegrenzte Teile abgrenzen, nämlich einen ersten Teil des Platzes auf einer ersten Seite des Radwegs und einen zweiten Teil auf einer zweiten gegenüberliegenden Seite des Radwegs.
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Vorzugsweise wird, während sich das unbemannte, autonome Fahrzeug entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt, eine separate, geschlossene Umfassung für den ersten und den zweiten von dem Gelände abgegrenzten Teil gebildet. Während sich das unbemannte, autonome Fahrzeug entlang der Umfassung einer Rasenfläche bewegt, wird zum Beispiel der ersten und der zweiten Seite eines Betonwegs gefolgt und wird der Betonweg am selben Punkt gekreuzt. Dies ist vorteilhaft, um eine Karte von der Umfassung in dem Gelände zu erstellen, wobei zwei von dem Gelände abgegrenzte Teile definiert sind.
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Alternativ wird, während sich das unbemannte, autonome Fahrzeug entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt, eine gemeinsame, geschlossene Umfassung für den ersten und den zweiten von dem Gelände abgegrenzten Teil gebildet. Während sich das unbemannte Fahrzeug entlang der Umfassung einer Rasenfläche bewegt, wird zum Beispiel der Betonweg an zwei verschiedenen Punkten gekreuzt. Die gemeinsame Umfassung wird somit durch eine offene Umfassung des ersten von dem Gelände abgegrenzten Teils und durch eine offene Umfassung des zweiten von dem Gelände abgegrenzten Teils gebildet. Bei dem autonomen Erkunden durch das unbemannte, autonome Fahrzeug in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil wird der Betonweg als verschieden von der zuvor festgelegten Bodenart, Rasen, erkannt und als Teil der Umfassung des ersten abgegrenzten Teils und als Teil der Umfassung des zweiten abgegrenzten Teils von dem Gelände erkannt, wodurch eine geschlossene Umfassung für den ersten von dem Gelände abgegrenzten Teil und eine geschlossene Umfassung für den zweiten von dem Gelände abgegrenzten Teil erhalten wird. Dies ist vorteilhaft, um eine Umfassung eines ersten und eines zweiten von einem Gelände abgegrenzten Teils einfach zu ermitteln, da lediglich eine gemeinsame Umfassung und keine Umfassung zwischen beiden Teilen von dem Gelände ermittelt werden muss.
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Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass durch das Bewegen eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs entlang der Umfassung in dem Gelände automatisch eine Umfassung von einem, zwei oder mehreren von dem Gelände abgegrenzten Teilen ermittelt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet die Stelle in dem Gelände, an welcher eine von der zuvor festgelegten Bodenart verschiedene Bodenart erkannt wurde, während des autonomen Navigierens innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils einen Übergang für das unbemannte, autonome Fahrzeug zu dem zweiten von dem Gelände abgegrenzten Teil. Unter Bezugnahme auf Beispiele in einer zuvor beschriebenen Ausführungsform ist zum Beispiel der Punkt, an welchem, während sich das unbemannte, autonome Fahrzeugs entlang der Umfassung in dem Gelände bewegt, der Betonweg gekreuzt wurde, ein Übergang von dem ersten von der Rasenfläche abgegrenzten Teil zu dem zweiten von der Rasenfläche abgegrenzten Teil und zurück. Dies ist vorteilhaft, da bei dem Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs entlang der Umfassung durch eine Person, die Person einen Punkt zum Kreuzen des Betonwegs wählen kann, wo dies praktisch ist, zum Beispiel wo der Betonweg auf gleicher Höhe mit der Rasenfläche liegt oder wo es sicher erfolgen kann, weil es zum Beispiel keine Büsche gibt, welche die Sicht beeinträchtigen, wodurch Benutzer des Betonwegs von einem kreuzenden, unbemannten, autonomen Fahrzeug überrascht werden können. Ein ähnliches Beispiel kann für ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug gegeben werden, welches sich von einem ersten abgegrenzten Teil in einer Fabrikhalle zu einem zweiten abgegrenzten Teil in einer Fabrikhalle bewegt und hierbei einen Fußweg für Personen in einem speziell dafür vorgesehenen Streifen, zum Beispiel Schraffuren auf einer Bodenfläche, quert. Die Schraffuren werden von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug als eine Bodenart erkannt, welche von der zuvor festgelegten Bodenart, ein grauer Fabrikboden, abweicht und und wird lediglich dort den Fußweg kreuzen, wodurch eine Gefahr für Personen auf dem Fußweg auf diesen schraffierten Streifen begrenzt wird.
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Das unbemannte, autonome Fahrzeug führt seine Aufgabe in dem Übergang weiter aus oder nicht. Zum Beispiel wird das Mähen beim Übergang über einen Betonweg oder das Kehren beim Queren eines Fahrradwegs eventuell vorübergehend unterbrochen werden, jedoch wird eine Transportaufgabe weiter ausgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform vermeidet das unbemannte, autonome Fahrzeug automatisch Objekte und/oder Hindernisse innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils. Die Objekte und/oder Hindernisse werden auf der Grundlage von Bilderkennung identifiziert. Ein Hindernis kann auch eine Bodenart sein, welche von der zuvor festgelegten Bodenart abweicht. Die Objekte und/oder Hindernisse können, müssen aber nicht, Teil der von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte oder der von dem Gelände erstellten Karte bilden. Nicht einschränkende Beispiele sind Tiere, wie Igel, Personen, Zäune, Blumenbeete, Schuhe, Wasserspiele, ... Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da eine erstellte Karte nicht unbedingt angepasst werden muss, wenn sich ein Gelände ändert, zum Beispiel Anlage eines Blumenbeets auf einer Rasenfläche oder Aufstellen eines Zauns, da Tiere und Personen vor Kollision durch das unbemannte, autonome Fahrzeug geschützt sind und da es beim Ermitteln der Umfassung in dem Gelände nicht notwendig ist, innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils zusätzliche innere Umfassungen zu ermitteln, um zum Beispiel Wasserspiele und Blumenbeete auf einer Rasenfläche zu meiden oder Maschinen in einer Fabrikhalle zu meiden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform passt das unbemannte, autonome Fahrzeug die Karte von dem Gelände auf der Grundlage von identifizierten Objekten und/oder Hindernissen dynamisch an. Die identifizierten Objekte und/oder Hindernisse werden automatisch der Karte von dem Gelände hinzugefügt. Die Anpassung der Karte erfolgt automatisch ohne Eingreifen eines Benutzers des unbemannten, autonomen Fahrzeugs. Ein Benutzer muss nicht selbst die identifizierten Objekte und/oder Hindernisse der Karte hinzufügen oder eine Aktion einleiten, um die erstellte Karte anzupassen. Wie es vorstehend beschrieben wurde, kann ein Hindernis eine Bodenart sein, welche von der zuvor festgelegten Bodenart abweicht. Das Hindernis kann auch eine Bodenart sein, welche von zuvor festgelegten Bodenarten und/oder Bodenarten auf der Umfassung abweicht, wie es in einer späteren Ausführungsform über das Überschreiten der Umfassung während des autonomen Erkundens des von dem Gelände abgegrenzten Teils beschrieben ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da zum Beispiel nach dem Anlegen eines Blumenbeets in einer Rasenfläche, an dem Rand der Rasenfläche oder nicht, die erstellte Karte automatisch angepasst wird und damit das unbemannte, autonome Fahrzeug bei dem Ausführen einer Aufgabe innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils die angepasste Karte berücksichtigen kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit einer hiernach beschriebenen Ausführungsform, wobei das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Navigierens in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil einem Muster von nebeneinander liegenden Linien oder konzentrischen Schleifen folgt, da das unbemannte, autonome Fahrzeug das Muster von nebeneinander liegenden Linien oder konzentrischen Schleifen automatisch an eine veränderte Situation innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils anpassen kann. Diese Ausführungsform ist auch in dem Fall vorteilhaft, wenn bewegliche Objekte und/oder Hindernisse, wie zum Beispiel ein Ball oder ein Igel, identifiziert wurden. Diese beweglichen Objekte und/oder Hindernisse werden vorzugsweise auch automatisch der erstellten Karte hinzugefügt. Hierdurch kann sich das unbemannte, autonome Fahrzeug bei der Annäherung an eine letzte bekannte Position eines beweglichen Objekts und/oder Hindernisses zum Beispiel verlangsamen, um eine Kollision mit dem beweglichen Objekt und/oder Hindernis zu vermeiden. Vorzugsweise werden identifizierte Objekte und/oder Hindernisse auch automatisch aus der erstellten Karte entfernt, wenn ein zuvor identifiziertes Objekt und/oder Hindernis nicht mehr vorhanden ist, zum Beispiel, weil ein Igel verschwunden ist, ein Ball entfernt oder ein Blumenbeet als Rasenfläche eingesät wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform überschreitet das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Erkundens des von dem Gelände abgegrenzten Teils die Umfassung höchstens um einen zuvor festgelegten Abstand. Der zuvor festgelegte Abstand ist als kürzester Abstand zu einem nächstgelegenen Punkt der Umfassung gemessen. Der von dem Gelände abgegrenzte Teil wird somit durch eine Linie außerhalb der Umfassung, parallel zu der Umfassung und in einem Abstand gleich dem zuvor festgelegten Abstand zu der Umfassung begrenzt.
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Diese Ausführungsform ist für Fälle vorteilhaft, bei denen es nicht möglich ist, das unbemannte, autonome Fahrzeug exakt entlang einer Grenze des von dem Gelände abgegrenzten Teils zu bewegen. Zum Beispiel verläuft die Grenze des von dem Gelände abgegrenzten Teils entlang eines Abgrunds, entlang einer Mauer oder entlang eines Randes eines Schwimmbades, wodurch eine tatsächliche Gefahr besteht, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug, wenn es sich entlang der Grenze fortbewegt, in den Abgrund oder in das Schwimmbad fällt oder an der Mauer reibt und beschädigt wird. Durch das Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs entlang einer Umfassung in einem Abstand von der Grenze des von dem Gelände abgegrenzten Teils und innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils wird diese Gefahr vermieden.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einer zuvor beschriebenen Ausführungsform, wobei das unbemannte, autonome Fahrzeug automatisch Objekte und/oder Hindernisse innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils meidet. Bei dem Überschreiten der Umfassung während des autonomen Erkundens meidet das unbemannte, autonome Fahrzeug automatisch den Abgrund, das Schwimmbad und die Mauer aus den vorhergehenden Beispielen, wodurch die Umfassung nicht in einem exakten Abstand von diesen Hindernissen liegen muss. Es reicht aus, dass die Umfassung in einem geringeren Abstand als der zuvor festgelegte Abstand von den Hindernissen liegt.
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Der zuvor festgelegte maximale Abstand beträgt vorzugsweise höchstens 100 m, mehr bevorzugt höchstens 60 m, noch mehr bevorzugt höchstens 30 m, sogar noch mehr bevorzugt höchstens 9 m, noch stärker bevorzugt höchstens 3 m, sogar noch stärker bevorzugt höchstens 2 m und am stärksten bevorzugt höchstens 1 m.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erkennt das unbemannte, autonome Fahrzeug mittels Bilderkennung bei dem Überschreiten der Umfassung während des autonomen Erkundens des von dem Gelände abgegrenzten Teils Bodenarten außerhalb der Umfassung. Beispiele für Bodenarten wurden in einer zuvor beschriebenen Ausführungsform gegeben. Das unbemannte, autonome Fahrzeug vergleicht erkannte Bodenarten mit zuvor festgelegten Bodenarten und/oder mit Bodenarten auf der Umfassung. Bodenarten auf der Umfassung werden vorzugsweise automatisch ermittelt, wenn sich das unbemannte, autonome Fahrzeug entlang der Umfassung bewegt. Wenn eine erkannte Bodenart nicht mit einer zuvor festgelegten Bodenart und/oder mit einer Bodenart auf der Umfassung übereinstimmt, überschreitet das unbemannte, autonome Fahrzeug die Umfassung selbst dann nicht weiter, wenn der zuvor festgelegte Abstand noch nicht erreicht ist. Dies bedeutet, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug einen von dem Gelände abgegrenzten Teil erkundet, welcher höchstens um den zuvor festgelegten Abstand außerhalb der Umfassung liegt, und dass Teile des von dem Gelände abgegrenzten Teils eine Bodenart aufweisen, welche mit zuvor festgelegten Bodenarten und/oder mit Bodenarten auf der Umfassung übereinstimmt.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da es hierdurch nicht immer notwendig ist, sich bei dem Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs exakt entlang einer Grenze des von dem Gelände abgegrenzten Teils zu bewegen, wodurch die Umfassung viel schneller festgelegt werden kann. Bei dieser Ausführungsform reicht es aus, das unbemannte, autonome Fahrzeug entlang einer Umfassung zu bewegen, welche innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils und höchstens in dem zuvor festgelegten Abstand von der Grenze liegt. Zum Beispiel könnte eine Rasenfläche vollständig von Blumenbeeten und einer Terrasse begrenzt sein. Durch Bewegen des unbemannten, autonomen Fahrzeugs in einem Abstand von zum Beispiel höchstens 3 m von einem Rand der Rasenfläche, wird eine Umfassung innerhalb der Rasenfläche festgelegt. Das unbemannte, autonome Fahrzeug wird dann bei dem autonomen Erkunden des von dem Gelände abgegrenzten Teils die Umfassung überschreiten, solange Gras als Bodenart erkannt wird. Die Blumenbeete und die Terrasse gehören nicht zu dem von dem Gelände abgegrenzten Teil. Wenn der zuvor festgelegte Abstand zum Überschreiten der Umfassung 3 m oder mehr beträgt, wird das unbemannte, autonome Fahrzeug die vollständige Rasenfläche autonom erkunden und wird der von dem Gelände abgegrenzte Teil die gesamte Rasenfläche sein. Wenn der zuvor festgelegte Abstand weniger als 3 m, zum Beispiel 1 m, beträgt, ist es möglich, dass Teile der Rasenfläche nicht zu dem von dem Gelände abgegrenzten Teil gehören, wenn die Umfassung dort mehr als 1 m von dem Rand der Rasenfläche entfernt liegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform folgt das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Navigierens in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil einem Muster von nebeneinanderliegenden Linien oder konzentrischen Schleifen. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine Aufgabe in einem von dem Gelände abgegrenzten Teil effizient ausführen zu können, wie zum Beispiel das Mähen einer Rasenfläche, das Kehren eines Platzes oder das Reinigen einer Fabrikhalle. Bei einem zufälligen Muster kann ein gleicher Punkt innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils mehrere Male gemäht, gekehrt oder gereinigt werden, bevor der gesamte von dem Gelände abgegrenzte Teil erledigt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gibt eine Person auf der Karte von dem Gelände Teile der Umfassung an, wobei das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Navigierens innerhalb der Umfassung und auf den besagten Teilen der Umfassung navigiert. Die Person gibt die betreffenden Teile der Umfassung auf der Karte von dem Gelände in einer grafischen Schnittstelle auf zum Beispiel einem Smartphone, einem Tablet oder auf einem Computer an. Die Eingabe von der Person wird über eine Datenverbindung an das unbemannte, autonome Fahrzeug gesendet. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem unbemannten, autonomen Fahrzeug zum Mähen einer Rasenfläche. Das unbemannte, autonome Fahrzeug mäht während des autonomen Navigierens innerhalb der Umfassung den von dem Gelände abgegrenzten Teil, mäht aber auch auf den besagten Teilen der Umfassung, zum Beispiel auf einem Übergang zwischen einer Rasenfläche und einem Betonweg. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da hierdurch vermieden wird, dass nach dem Mähen der Rasenfläche ein Streifen mit längerem Gras neben dem Betonweg stehen bleibt, da das unbemannte, autonome Fahrzeug innerhalb der Umfassung und somit entlang des Betonwegs navigiert, welcher nachträglich manuell oder mit Hilfe eines anderen Werkzeugs gemäht werden muss. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass diese Ausführungsform auch für andere Anwendungen geeignet ist, wie beispielsweise das Kehren eines Radwegs, wobei auch der Rand eines Radwegs gekehrt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird von einer Person ein Muster auf die Karte des Geländes gezeichnet. Die Person zeichnet das Muster auf die Karte von dem Gelände in einer grafischen Schnittstelle auf zum Beispiel einem Smartphone, einem Tablet oder auf einem Computer. Ein Muster kann eine Linie, Schleife, ein Polygon oder eine freie Form sein, gefüllt oder nicht gefüllt. Die Person gibt auch an, welche Aktion oder Aktionen durch das unbemannte, autonome Fahrzeug an auf dem Muster liegenden Stellen ausgeführt werden müssen. Zum Beispiel muss das unbemannte Fahrzeug die Stellen auf dem Muster kürzer, länger oder nicht mähen. Die Eingabe von der Person wird über eine Datenverbindung an das unbemannte, autonome Fahrzeug gesendet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um das unbemannte, autonome Fahrzeug vorübergehend oder nicht vorübergehend andere oder zusätzliche Aktionen an Stellen auf dem Muster innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils ausführen zu lassen, wie zum Beispiel das Mähen von Mustern auf einer Rasenfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform patrouilliert das unbemannte, autonome Fahrzeug in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil. Vorzugsweise hält das unbemannte, autonome Fahrzeug Bilder von dem Gelände fest. Vorzugsweise hält das unbemannte, autonome Fahrzeug lediglich Bilder von dem Gelände fest, wenn eine Person oder ein Tier in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil detektiert wird. Vorzugsweise wird auf einem festgehaltenen Bild Datum und Uhrzeit angegeben.
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Gemäß einer Ausführungsform hält das unbemannte, autonome Fahrzeug während des autonomen Navigierens in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil in regelmäßigen Abständen Bilder von zuvor festgelegten Punkten des Geländes fest. Diese festgehaltenen Bilder bilden einen Satz von Bildern über die Zeit von einer festen Stelle. Diese Bilder sind vorteilhaft, um zum Beispiel das Wachstum eines Blumenbeets, den Zustand eines Rasens oder die Sauberkeit eines Platzes oder einer Fabrikhalle zu überwachen.
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Die Erfindung betrifft ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug zur Navigation in einem von dem Gelände abgegrenzten Teil und zum Ausführen des Verfahrens, wie es in einem der vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das unbemannte Fahrzeug eine Antriebseinheit und eine Kamera zum Aufnehmen von Bildern von dem Gelände auf.
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Die Antriebseinheit weist mindestens ein Rad und einen Motor zum Antreiben des Rads auf. Vorzugsweise ist der Motor ein Elektromotor. Vorzugsweise weist das unbemannte, autonome Fahrzeug eine Batterie für die Versorgung des Motors und anderer elektrischer Systeme auf. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass das unbemannte, autonome Fahrzeug zwei, drei, vier oder mehr Räder aufweisen kann, wobei mindestens ein Rad, vorzugsweise mindestens zwei Räder, zum Antrieb mit dem Motor gekoppelt sind. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass das mindestens eine Rad ein Bestandteil einer Raupenkette sein kann, wobei die Raupenkette mittels des mindestens einen Rads durch den Motor antreibbar ist. Das unbemannte, autonome Fahrzeug weist eine Lenkvorrichtung zum Lenken des unbemannten, autonomen Fahrzeugs. Die Lenkvorrichtung ist eine herkömmliche Lenkvorrichtung, wobei mindestens ein Rad drehbar montiert ist. Alternativ ist die Lenkvorrichtung Bestandteil der Antriebseinheit, wobei zwei Räder an gegenüberliegenden Seiten des unbemannten, autonomen Fahrzeugs durch den Motor unterschiedlich angetrieben werden können. Unterschiedlich bedeutet mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder entgegengesetzter Drehrichtung.
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Die Kamera ist eine Digitalkamera. Die Kamera ist zumindest dafür geeignet, um zweidimensionale Bilder zu machen. Optional ist die Kamera dafür geeignet, um dreidimensionale Bilder mit oder ohne Tiefenermittlung zu machen. Die Kamera weist einen bekannten Sichtwinkel auf. Die Kamera weist eine bekannte Position und Ausrichtung auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug auf. Dadurch, dass der Sichtwinkel der Kamera und die Position und die Ausrichtung der Kamera auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug bekannt sind, ist es mittels Trigonometrie und/oder Photogrammetrie möglich, einen Abstand zwischen einem Objekt auf einem Bild und der Kamera und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug, einen Abstand zwischen zwei Objekten auf einem Bild und/oder eine Größe eines Objekts auf einem Bild automatisiert zu schätzen, selbst wenn die Kamera nur dafür geeignet ist, um zweidimensionale Bilder zu machen. Die Kamera weist eine feste Position und Ausrichtung auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug auf. Alternativ ist die Kamera drehbar montiert, wobei die Kamera in einer horizontalen Ebene um 360° und in einer vertikalen Ebene um 180° drehbar ist. Die drehbare Aufstellung der Kamera ist vorzugsweise an Motoren mit Encodern antreibbar gekoppelt. Motoren mit Encodern sind vorteilhaft, um die Position und Ausrichtung einer drehbar montierten Kamera zu kennen.
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Das unbemannte, autonome Fahrzeug weist einen Speicher und einen Prozessor auf. Der Prozessor ist dafür ausgelegt, um ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Der Speicher weist vorzugsweise sowohl einen Arbeitsspeicher als auch einen nichtflüchtigen Speicher auf.
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Ein derartiges unbemanntes, autonomes Fahrzeug ist vorteilhaft, da es nach einer minimalen Anstrengung durch eine Person und ohne Nutzung infrastruktureller Grenzen zum autonomen Erkunden eines von einem Gelände abgegrenzten Teils, zum Erstellen einer Karte von dem Gelände und zum autonomen Navigieren innerhalb des von dem Gelände abgegrenzten Teils geeignet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kamera des unbemannten Fahrzeugs lediglich zum Aufnehmen von zweidimensionalen Bildern geeignet. Vorzugsweise ist nur eine Kamera für zweidimensionale Bilder auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug montiert. Vorzugsweise weist das unbemannte Fahrzeug keine Laser, Ultraschall-Sender/Empfänger, Radare oder andere geeignete Mittel zum Messen von Abständen zwischen dem unbemannten, autonomen Fahrzeug und einem Objekt auf dem Gelände auf.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da hierdurch ein sehr einfaches unbemanntes, autonomes Fahrzeug zur Navigation in einem von einem Gelände abgegrenzten Teil erlangt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das unbemannte, autonome Fahrzeug einen Sensor zum Messen einer Anzahl von Umdrehungen des mindestens einen Rads des unbemannten, autonomen Fahrzeugs. Eine gemessene Anzahl von Umdrehungen ist ein Maß für eine Strecke, welche von dem unbemannten, autonomen Fahrzeug zurückgelegt ist, wodurch, wie zuvor beschrieben wurde, die gemessene Anzahl von Umdrehungen als ein Filter für Schätzungen von Abmessungen und/oder Abständen von und/oder zwischen identischen Punkten in zwei Bildern verwendbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Kamera eine feste Position auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug. Dies ist vorteilhaft, da ohne Verwendung zusätzlicher Sensoren oder das Speichern zusätzlicher Information stets bekannt ist, wie identische Punkte in einem Bild in Bezug auf die Kamera und das unbemannte, autonome Fahrzeug positioniert sind, wodurch ein einfacheres unbemanntes, autonomes Fahrzeug erlangt wird.
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Das unbemannte, autonome Fahrzeug kann zum autonomen Mähen einer Rasenfläche verwendet werden.
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Diese Verwendung führt zu einer vereinfachten Inbetriebnahme eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs zum autonomen Mähen einer Rasenfläche, wobei eine Person mit einer minimalen Anstrengung und ohne Verwendung von infrastrukturellen Grenzen mindestens einen Teil von einem Gelände als zu mähende Rasenfläche abgrenzt, woraufhin das unbemannte, autonome Fahrzeug den von dem Gelände abgegrenzten Teil erkundet, woraufhin eine Karte erstellt wird und woraufhin das unbemannte, autonome Fahrzeug die Rasenfläche autonom mäht. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Verwendung ist, dass nur ein Teil von einer Rasenfläche als die zu mähende Rasenfläche abgegrenzt werden kann.
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Ein auf dem technischen Gebiet geschulter Fachmann wird zu schätzen wissen, dass ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt vorzugsweise mit einem unbemannten, autonomen Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt ausgeführt wird und dass ein unbemanntes, autonomes Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt vorzugsweise zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ausgelegt ist. Jedes in diesem Dokument sowohl vorstehend als auch nachstehend beschriebene Merkmal kann sich folglich auf jeden der drei Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von nicht einschränkenden Figuren beschrieben, welche die Erfindung veranschaulichen und welche nicht dafür gedacht sind oder ausgelegt werden dürfen, um den Umfang der Erfindung einzuschränken.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines unbemannten, autonomen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) weist ein Gehäuse (2) auf. Das Gehäuse (2) weist eine Batterie zum Versorgen eines Motors einer Antriebseinheit und zum Versorgen anderer elektrischer und elektronischer Komponenten, einschließlich einer Prozessorplatine (5), auf. Die Prozessorplatine (5) weist einen Prozessor, Arbeitsspeicher und eine Kamera (6) auf. Vorzugsweise weist das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) auch einen nichtflüchtigen Speicher auf. Die Kamera (6) weist eine feste Position und Ausrichtung auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug (1) auf. Die Kamera ist dafür geeignet, um zweidimensionale Bilder mit einer Auflösung von 4K zu machen. Die Kamera ist hinter einer halbtransparenten Linse (7) angeordnet. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass die halbtransparente Linse (7) auch vollständig transparent sein kann. Das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) weist eine Antriebseinheit auf, aufweisend einen in der Figur nicht sichtbaren Motor und zwei Räder (3), welche sich auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) befinden. Beide Räder (3) sind antreibbar mit dem Motor verbunden. Das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) weist ferner eine Lenkvorrichtung (4) auf. Die Lenkvorrichtung (4) ist ein schwenkbares Rad an der Rückseite des Gehäuses (2). Das unbemannte Fahrzeug (1) ist dafür geeignet, um eine Bodenfläche (8) zu befahren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Schätzens eines Abstands zwischen einem identischen Punkt und einem unbemannten, autonomen Fahrzeug und des Schätzens einer Abmessung eines identischen Punktes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) ist dasselbe wie das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) in 1. Die Kamera (6) weist einen bekannten Sichtwinkel auf. Der Sichtwinkel in vertikaler Richtung der Kamera (6) ist in 2 durch die Linien (9) angedeutet. Der Sichtwinkel in vertikaler Richtung der Kamera (6) ist gleich 2 Mal der Winkel (θ).
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Der identische Punkt, welcher in mindestens zwei Bildern eines Satzes von Bildern erkannt ist, ist eine Mauer (11). Die Mauer (11) wird auf einen Sensor der Kamera (6) projiziert. Der Sensor der Kamera (6) weist eine bekannte Anzahl von Zeilen und Pixeln auf einer Zeile auf. Bei einer Kamera mit 4K-Auflösung sind das 2160 Zeilen mit jeweils 3840 Pixeln. Die Linien (12) legen die äußersten Punkte der Mauer (11) in vertikaler Richtung fest, welche auf den Sensor der Kamera (6) projiziert werden.
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Die Kamera (6) ist mit einer horizontalen Blickrichtung (10) in einer bekannten Höhe (h) in Bezug auf die Bodenfläche (8) auf dem unbemannten, autonomen Fahrzeug (1) montiert. Objekte in einer Höhe (h) über der Bodenfläche (8), also auf der Linie der horizontalen Blickrichtung (10), werden entsprechend der vertikalen Richtung in die Mitte des Sensors der Kamera (6) projiziert. Mit Hilfe von Bilderkennung kann aus einem festgehaltenen Bild ermittelt werden, wo die Mauer (11) die Bodenfläche (8) berührt. Dies ist der Punkt, wo die untere Linie (12) die Bodenfläche (8) schneidet. Auf einem festgehaltenen Bild wird ein Teil von der Bodenfläche (8) sichtbar sein. Dies ist der Teil der Bodenfläche (8) zwischen Schnittpunkten der Bodenfläche (8) mit der unteren Linie (9) und der unteren Linie (12). Der besagte Teil der Bodenfläche (8) wird auf einem festgehaltenen Bild eine Anzahl von Zeilen aufweisen, welche proportional zu der Höhe (a) ist. Der Teil der Mauer (11) unterhalb der Linie (10) wird in der unteren Hälfte eines festgehaltenen Bildes eine Anzahl von Zeilen aufweisen, welche proportional zu der Höhe (h) ist. Nun ist der Tangens des Winkels (θ) gleich der gegenüberliegenden rechtwinkeligen Seite, (a) + (h), dividiert durch die angrenzende rechtwinkelige Seite, (X). Der Abstand (a) + (h) kann geschätzt werden, indem die bekannte Höhe (h) durch die Anzahl an Zeilen der Mauer (11) in der unteren Hälfte des festgehaltenen Bildes geteilt und mit der Anzahl an Zeilen des sichtbaren Teils der Bodenfläche (8) bis zu der Mauer (11) in dem festgehaltenen Bild multipliziert wird. Der Winkel (θ) ist bekannt. Der Abstand (X) zwischen dem unbemannten, autonomen Fahrzeug (1) und der Mauer (11) kann dann geschätzt werden, indem der geschätzte Abstand (a) + (h) durch den Tangens des Winkels (θ) geteilt wird. Eine Höhe (Y) der Mauer (11) kann geschätzt werden, indem eine gesamte Anzahl an Zeilen der Mauer (11) in dem festgehaltenen Bild ermittelt wird, diese durch die Anzahl an Zeilen der Mauer (11) in der unteren Hälfte des festgehaltenen Bildes geteilt wird und dann mit der bekannten Höhe (h) multipliziert wird. Der Winkel (β) zwischen der unteren Linie (12) und der Linie (10) kann dann auf der Grundlage des geschätzten Abstands (X) und der Höhe (h) geschätzt werden. Der Winkel (λ) zwischen der oberen Linie (12) und der Linie (10) kann auf der Grundlage des geschätzten Abstands (X) und der Höhe (Y) - (h) geschätzt werden.
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Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann klar, dass ähnliche Schätzungen in einer horizontalen Richtung vorgenommen werden können. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann ebenfalls klar, dass, wenn sich die Mauer (11) in einer horizontalen Ebene nicht auf der Linie (10) befindet, der geschätzte Abstand (X) um einen Winkel in horizontaler Ebene zwischen der Mauer (11) und der Linie (10) korrigiert werden muss. Es ist für einen auf dem technischen Gebiet geschulten Fachmann ebenfalls klar, dass, wenn zwei verschiedene identische Punkte in demselben Bild festgehalten sind, zum Beispiel die Mauer (11) und ein nicht dargestellter Baum, ein Abstand zwischen der Mauer (11) und dem Baum auf der Grundlage einer Schätzung des Abstands zwischen der Mauer (11) und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug (1), einer Schätzung des Abstands zwischen dem Baum und dem unbemannten, autonomen Fahrzeug (1) und von Schätzungen von Winkeln in Bezug auf die Linie (10) in einer horizontalen Ebene geschätzt werden kann.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In einem ersten Schritt (100) wird das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) entlang einer Umfassung in dem Gelände bewegt, wobei eine erste Sammlung von Sätzen von Bildern von dem Gelände festgehalten wird. Die Umfassung legt einen von dem Gelände abgegrenzten Teil fest.
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In einem zweiten Schritt (110) wird auf der Grundlage der ersten Sammlung von Bildern eine Karte von der Umfassung in dem Gelände erstellt. In einem dritten Schritt (120) erkundet das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) mit Hilfe der von der Umfassung in dem Gelände erstellten Karte den von dem Gelände abgegrenzten Teil und hält eine zweite Sammlung von Bildern fest.
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In einem vierten Schritt (130) wird auf der Grundlage der ersten und zweiten Sammlung von Bildern eine Karte von dem Gelände erstellt.
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In einem fünften Schritt (140) navigiert das unbemannte, autonome Fahrzeug (1) mit Hilfe der von dem Gelände erstellten Karte autonom in dem von dem Gelände abgegrenzten Teil. Vorzugsweise führt das unbemannte, autonome Fahrzeug gleichzeitig eine Aufgabe in dem abgegrenzten Teil aus. Falls es notwendig ist, zum Beispiel bei einer Änderung der Umfassung oder bei einer Verlegung des unbemannten, autonomen Fahrzeugs (1) auf ein anderes Gelände, kann das Verfahren ab dem ersten Schritt (100) erneut ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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