NL1035181C1 - Methode en werkwijze voor het programmeren van een (semi-)autonoom voertuig op basis van opnemen en afspelen. - Google Patents

Description

Methode en werkwijze voor het programmeren van een (semi-)autonoom voertuig op basis van opnemen en afspelen

INLEIDING

5

De beschreven vinding heeft betrekking op een methode om een voertuig geheel of deels zelfstandig een vooraf gedefinieerde route af te laten leggen en/of handelingen te laten verrichten.

De beschreven vinding heeft ook betrekking op een methode om een voertuig geheel of deels 10 zelfstandig een route te laten volgen en/of handelingen te laten verrichten door deze route en/of handelingen met het voertuig of een vervanger daarvoor ‘voor te doen’. Het voertuig kan elk type voertuig zijn dat zich in een binnen- of buitenomgeving kan verplaatsen. De vinding is bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij met het voertuig herhaaldelijk dezelfde route en/of handelingen moeten worden uitgevoerd. Toepassingen kunneh divers zijn, zoals het maaien van gras, het 15 bespuiten van gewassen in de land- en tuinbouw en het verrichten van transporttaken in een industriële omgeving.

De beschreven vinding wordt gerealiseerd en toegepast in een computerprogramma dat in het geheugen van een computer (of in een extern geheugenmedium) kan worden geladen, en dat 20 bestaat uit (delen van) software waarmee de stappen die in de methode zijn beschreven kunnen worden uitgevoerd met behulp van een computer. Dit kan dezelfde computer zijn als die het voertuig bestuurt.

De beschreven vinding heeft ook betrekking op een systeem voor het programmeren van een 25 voertuig om zelfstandig handelingen te verrichten op basis van informatie over de gewenste toestanden die in een opslagmedium zijn opgeslagen.

STAND DER TECHNIEK

30

Zelfstandig opererende (autonome) voertuigen worden veelal gebruikt om bemande voertuigen te vervangen om een besparing op loonkosten te realiseren, in een mensonvriendelijke omgeving te werken of een grotere precisie van positionering te bewerkstelligen. Routes voor deze voertuigen worden hierbij veelal vooraf gedefinieerd. Bij het volgen van een vooraf gedefinieerde route kan het 35 voertuig volledig of gedeeltelijk zelfstandig opereren. Bij het gedeeltelijk zelfstandig opereren neemt het voertuig slechts een deel van de taken van de menselijke bestuurder over. In veel gevallen is dit het volgen van de route of delen daarvan. Het is mogelijk dat het (gedeeltelijk) zelfstandig navigerende voertuig (tijdelijk) van de deze route afwijkt om obstakels op de route te vermijden.

1035181 2

Routes worden vastgelegd door het definiëren van punten in de ruimte in een bepaalde samenhang die samen een route of delen daarvan beschrijven. Routes worden vaak (semijautomatisch gegenereerd op basis van (een set van) punten in of nabij de ruimte waarin het voertuig zal opereren. De gegenereerde (delen van de) route worden opgeslagen in een 5 opslagmedium. Tijdens het (gedeeltelijk) zelfstandig uitvoeren van de route door het voertuig wordt de opgeslagen route gebruikt om het voertuig zo precies mogelijk langs deze route te geleiden.

De hierboven beschreven methode van het genereren van routes voldoet in veel gevallen wanneer het voertuig gedeeltelijk zelfstandig opereert. Voorbeelden hiervan zijn besturingssystemen op bijvoorbeeld landbouwtrekkers. Hierbij wordt een set van punten ingemeten en op basis hiervan en 10 onder meer de werkbreedte van de machine worden (semi-)automatisch delen van de route gegenereerd. Het betreft hier dan vaak de zogenaamde werkgangen, de delen van het perceel waarop een bewerking wordt uitgevoerd. Bij het rijden in de werkgangen wordt de trekker bestuurd door een computersysteem dat de actuele positie (bijv. bepaald door middel van GPS) periodiek vergelijkt met de gewenste positie (de route of een deel daarvan) en de trekker door het aansturen 15 van bijvoorbeeld de sturende wielen over de route geleid. Bij het keren op de kopakker neemt de menselijke bestuurder de besturing over en positioneert het voertuig voor de volgende werkgang. De besturing kan dan weer worden overgenomen door het computersysteem tot aan het einde van de werkgang, alwaar de bestuurder de besturing weer ovemeemt, etc.

20 Bij volledig zelfstandig opererende voertuigen wordt vaak gebruik gemaakt van een afgeleide techniek van de hierboven beschreven methode. Hierbij wordt het gewenste gedrag van het voertuig, zowel in als buiten de werkgangen, vooraf gegeneerd op een computersysteem. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van software en mathematische modellen van het voertuig.

Het voordeel van deze methode is dat op basis van een goede definitie van ruimte waarin het 25 voertuig dient te opereren op een flexibele manier verschillende routes kunnen worden gedefinieerd.

Het nadeel van deze methode is dat het definiëren van een dergelijke route complex kan zijn en vaak een hoog kennisniveau en een goed ruimtelijk inzicht vereist van de persoon die de routes geheel of gedeeltelijk computermatig genereert. Bovendien is een goede kennis van het terrein 30 noodzakelijk i.v.m. mogelijke obstakels (bomen, hoogspanningsmasten, greppels, stenen e.d.). Daarnaast is de variatie van de te genereren routes gelimiteerd tot de mogelijkheden die zijn geprogrammeerd op het computersysteem dat de routes genereert.

35 BESCHRIJVING VAN DE VINDING

De vinding betreft een methode en/of werkwijze om een voertuig een route te laten volgen en handelingen daarop uit te laten voeren die vooraf zijn ingegeven door een vergelijkbare route en vergelijkbare handelingen met het voertuig of een vervanger daarvoor fysiek of virtueel uit te 40 voeren. De methode omvat drie fasen, te weten: 1) het leren (opnemen, vastleggen) van de route 3 en handelingen, hierna te noemen ‘Teach’ of ‘Teach fase', 2) het eventueel bewerken van de vastgelegde route en handelingen, hierna te noemen ‘Process’ of ‘Process fase’ en 3) het uitvoeren (afspelen) van de vastgelegde route en handelingen, hierna te noemen ‘Playback’ of ‘Playback fase’. De drie fasen vinden sequentieel plaats in de volgorde Teach, Process (optioneel) 5 en Playback.

De beschreven vinding wordt gerealiseerd en toegepast in een computerprogramma dat in het geheugen van een computer (of in een extern geheugenmedium) kan worden geladen, en dat bestaat uit (delen van) software waarmee de stappen die in de methode zijn beschreven kunnen 10 worden uitgevoerd met behulp van een computer. Dit kan dezelfde computer zijn als die het voertuig bestuurt.

Tijdens de Teach fase worden de route en handelingen vastgelegd door met hetzelfde voertuig of een vervanger daarvoor fysiek of virtueel verplaatsingen en/of handelingen uit te voeren. Hierbij 15 wordt de toestand van het voertuig periodiek, maar niet noodzakelijkerwijs met een vaste frequentie, vastgelegd. De periodieke toestand van voertuig omvat hierbij onder meer, maar niet uitsluitend, de positie van het voertuig in de ruimte. De toestand van het voertuig kan, afhankelijk van de uitvoering van het voertuig, ook informatie bevatten met betrekking tot de toestand van aanbouwdelen. Daarnaast kunnen in de toestand van het voertuig ook sturingen (zoals de stand 20 van de bedieningsorganen, indien van toepassing) worden vastgelegd. Wanneer deze fase is afgerond is een Lijst van Toestanden (LvT) ontstaan.

Tijdens de optionele Process fase kan de LvT worden bewerkt. Bewerkingen kunnen bestaan uit het verschuiven of draaien van de gehele route of delen daarvan in de ruimte, het verwijderen van 25 delen van de vastgelegde route en/of van handelingen of het aanpassen van de vastgelegde handelingen.

Tijdens de Playback fase wordt de originele of de bewerkte LvT gebruikt om het voertuig de route en handelingen uit te laten voeren. Tijdens deze fase wordt periodiek, maar niet noodzakelijkerwijs 30 met een vaste frequentie, de actuele toestand van het voertuig bepaald en vergeleken met de bijbehorende toestand uit de LvT. Wanneer de actuele toestand afwijkt van de bijbehorende toestand uit de LvT kan het voertuig door middel van actuatoren worden bijgestuurd zodat het een route volgt en handelingen uitvoert die zo goed mogelijk aansluiten bij de originele of bewerkte route en handelingen.

Met de beschreven methode is het mogelijk een voertuig (gedeeltelijk) zelfstandig een route af te laten leggen en handelingen uit te laten voeren door deze route en handelingen fysiek of virtueel ‘voor te doen’.

35 4

Een voordeel ten opzichte van de huidige stand der techniek is dat bij het creëren van de route en/of handelingen geen a-priori informatie nodig is over de ruimte waarin zich het voertuig bevindt of zal bevinden.

Een voordeel ten opzichte van de huidige stand der techniek is ook dat bij de persoon die de route 5 en/of handelingen vastlegt geen ruimtelijk inzicht of programmeerkennis noodzakelijk is. De route en/of de handelingen worden immers voorgedaan gebruik makend van het voertuig en/of een (virtuele) vervanger daarvoor.

Een voordeel ten opzichte van de huidige stand der techniek is ook dat de vast te leggen route en/of handelingen altijd (gedeeltelijk) zelfstandig door het voertuig kunnen worden uitgevoerd 10 wanneer hetzelfde voertuig wordt gebatikt voor Teach en Playback fase. Wanneer op basis van mathematische modellen een route voor het voertuig zou worden gedefinieerd kan door fouten en/of onvolkomenheden in modellen of de software een niet uit te voeren route worden gedefinieerd. Met de beschreven vinding is het nagenoeg onmogelijk een route en/of handelingen te definiëren die naderhand niet kunnen worden uitgevoerd.

15 Een verder voordeel ten opzicht van de huidige stand der techniek is dat de vast te leggen routes en/of handelingen slechts gelimiteerd zijn door de fysieke mogelijkheden van het voertuig en de creativiteit van degene die de route en/of handelingen vastlegt.

20 GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE VINDING EN HOE DEZE BU VOORKEUR WORDT TOEGEPAST

De vinding kan worden toegepast in vrijwel alle typen en soorten voertuigen die voor velerlei toepassingen kunnen worden gebruikt. Om een gedetailleerde beschrijving van de vinding te 25 geven wordt de vinding als voorbeeld beschreven in een toepassing waarbij autonoom gras wordt gemaaid op een sportterrein zoals, maar niet gelimiteerd tot, een golfterrein. De vinding kan, als eerder genoemd, worden toegepast in of op diverse voertuigen bij toepassingen in, maar niet gelimiteerd tot de landbouw, het transport van personen of goederen en de weg- en water- en mijnbouw. De beschreven werkwijze en hoe deze wordt toegepast is echter zeer vergelijkbaar.

30

Om de vinding toe te passen wordt een 'normale' grasmaaimachine voor het maaien van golfterreinen voorzien van sensoren, actuatoren en een computersysteem dat is gekoppeld aan deze sensoren en actuatoren. Het computersysteem is voorzien van een user-interface (extern bedieningspaneel). Een van de belangrijkste sensoren is het plaatsbepalingssysteem. Bij deze 35 toepassing (gras maaien) in de open ruimte wordt gekozen voor een GPS ontvanger. Het is echter denkbaar dat bij andere toepassingen een ander plaatsbepalingssysteem wordt gebruikt.

Het voertuig is uitgerust met sensoren die waarmee de toestand van het voertuig kan worden bepaald. De toestand is een momentane beschrijving van onder meer de positie en de oriëntatie 40 (stand) van het voertuig. In deze toepassing worden ook de sturingen op het systeem (het voertuig) 5 in de toestand vastgelegd. De sturingen bestaan onder meer uit de stand van de sturende wielen, de stand van de transmissie, het motortoerental en de stand van de maaiunits.

Fase 1: 5 Om een route en handelingen (heffen van maaiunits, veranderen van de snelheid, etc.) vast te leggen brengt de bestuurder de maaimachine naar het begin van de vast te leggen route.

Via het user-interface geeft de bestuurder het systeem de opdracht vanaf dit moment de route vast te leggen (Teach). Door deze handeling wordt het computersysteem in de Teach fase gebracht.

10 Het computersysteem slaat nu periodiek de toestand van het voertuig op. De toestand wordt bepaald aan de hand van het signaal van de sensoren die op of aan het voertuig zijn bevestigd. Niet direct gemeten voertuigparameters kunnen worden gereconstrueerd door diverse sensorsignalen te combineren met behulp een mathematisch voertuigmodel (bijvoorbeeld Kalman-filtering). De gemeten en gereconstrueerde voertuigparameters beschrijven op ieder moment de 15 toestand van het voertuig. In de toestand worden bij deze toepassing ook de sturingen op het systeem (stand van de bedieningsorganen vastgelegd zoals de positie van de sturende wielen en stand van de gashendel en de transmissie) vastgelegd.

De toestand van het voertuig wordt in deze Teach fase periodiek vastgelegd op een 20 opslagmedium. Wanneer de bestuurder met het voertuig handelingen uitvoert zoals het verplaatsen van het voertuig, het verhogen van het motortoerental of het heffen van de maaiunits wordt dit opgeslagen. Hierdoor ontstaat een lijst van toestanden (LvT). De bestuurder maait nu op de normale manier, zoals hij/zij het gewend is, het golfterrein. Het systeem zorgt ervoor dat de route en alle handelingen worden opgeslagen.

25

Wanneer de bestuurder het maaien van het terrein of delen daarvan heeft voltooid kan deze via het user-interface de Teach fase afronden. Het computersysteem stopt met het periodiek opnemen van de toestand van het voertuig en de Teach fase is afgerond. Het resultaat van de Teach fase is een opgeslagen LvT die de afgelegde route en de handelingen daarop beschrijft. Meerdere LvTs 30 kunnen op deze manier, elk voorzien van een uniek kenmerk, worden opgeslagen.

Fase 2 (optioneel):

Via een optionele Process fase kan de opgeslagen LvT worden bewerkt om de vastgelegde route en de handelingen daarop te wijzigen en/of te optimaliseren. Te denken valt hierbij aan het 35 verwijderen van een deel van de LvT waarin de toestand niet wijzigt. Dit kunnen bijvoorbeeld de momenten zijn dat de bestuurder is gestopt om te rusten en waarbij de toestand van het voertuig niet is veranderd. Daarnaast kunnen delen van de LvT worden bewerkt om de route en/of handelingen aan te passen. Te denken valt hierbij aan het verplaatsen (van delen) van de route in de ruimte om dezelfde route en handelingen te laten plaatsvinden op een geografisch andere 40 locatie. Het resultaat van de Process fase is een gewijzigde LvT. Deze wordt opgeslagen. De 6

Process fase kan plaatsvinden met behulp van het computersysteem van het voertuig of met behulp van een ander computersysteem, bijvoorbeeld op een kantoorlocatie.

Omdat de gewijzigde LvT en de originele LvT qua opzet identiek aan elkaar zijn wordt na deze 5 (optionele) fase gesproken over de LvT, ongeacht of dit de originele (uit de Teach fase) of de gewijzigde (uit de Process fase) LvT is.

Fase 3:

Om het voertuig een originele of een gewijzigde route en handelingen zelfstandig uit te laten 10 voeren wordt het voertuig door een bestuurder naar een plek gebracht die zo dicht mogelijk ligt bij de eerst opgenomen toestand in de LvT. Hierbij kan de bestuurder worden geholpen door middel van aanwijzingen die het computersysteem geeft aan de gebruiker geeft via het user-interface.

Om het voertuig de route en handelingen uit te laten voeren die zijn beschreven door de 15 betreffende LvT kan het systeem worden gestart, bijvoorbeeld met behulp van het user-interface.

Na het starten van het systeem zal een computersysteem, in dit geval op de maaimachine, zorgen dat de machine de route en handelingen uitvoert zoals die zijn opgeslagen in de LvT. Dit wordt de Playback fase genoemd. Hierbij vergelijkt het computersysteem periodiek de gemeten toestand 20 met de gewenste toestand in de LvT. Wanneer een afwijking tussen gemeten en gewenste toestand wordt geconstateerd stuurt het systeem het voertuig bij door gebruik te maken van de actuatoren die aan het computersysteem zijn gekoppeld. Het doel is om het voertuig de route en de handelingen zoals die in de LvT zijn opgeslagen zo precies mogelijk te laten reproduceren. Hierbij is een bestuurder op het voertuig in principe niet noodzakelijk.

25

Wanneer het voertuig de laatste toestand in de LvT heeft bereikt wordt de Playback fase beëindigd. Het voertuig blijft in de laatst beschreven toestand zoals die in de LvT is opgeslagen.

Zoals eerder genoemd is de hierboven beschreven methode een voorbeeld van een toepassing 30 van de vinding. Andere uitvoeringsvormen van de vinding zijn denkbaar.

1035181

Claims (3)

1. Een methode en/of werkwijze om een voertuig autonoom een route te laten volgen en/of handelingen te laten uitvoeren waarbij de route en handelingen vooraf zijn opgeslagen in een 5 kunstmatig geheugen met het kenmerk dat de betreffende route en handelingen in het geheugen zijn vastgelegd door dezelfde of een vergelijkbare route en dezelfde of vergelijkbare handelingen met het voertuig of een vervanger daarvoor fysiek of virtueel ‘voor te doen’.

2. een methode en/of werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het ‘voordoen’ van de 10 route en de eventuele handelingen daarop wordt gedaan door een mens.

3. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat het ‘voordoen’ van de route en de eventuele handelingen daarop wordt gedaan door een computersysteem of delen daarvan. 15 4. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat het ‘voordoen' van de route en de eventuele handelingen daarop wordt gedaan door een vervangend voertuig. 20 5) een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat het 'voordoen’ van de route en de eventuele handelingen daarop wordt gedaan met behulp van een computersimulatie van het voertuig of een vervanger daarvoor. 6. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het 25 kenmerk dat de vastgelegde route en handelingen daarop worden gecreëerd door de toestand van het voertuig op verschillende momenten in de tijd op te slaan. 7. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat de vastgelegde route bestaat uit een lijst van geografische posities. 30 8. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat de vastgelegde route wordt aangevuld met de oriëntatie van het voertuig. 9. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het 35 kenmerk dat de vastgelegde route wordt aangevuld met de toestand van delen van het voertuig en/of aanbouwdelen daarvan. 10. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat de route en/of handelingen worden bewerkt tijdens of na het vastleggen van de 40 route en/of handelingen. 1 035 1 81 11. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat het voertuig gedeeltelijk zelfstandig de vastgelegde route en/of handelingen volgt. 5 12) een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met het kenmerk dat de vastgelegde handelingen worden uitgevoerd met een voertuig, anders dan het voertuig gebruikt tijdens het vastleggen van de route en/of handelingen. 13. een methode en/of werkwijze volgens één of meerdere van de voorafgaande conclusies met 10 het kenmerk dat de route en/of handelingen één of meerdere malen worden overgedragen op een gelijk- of andersoortig opslagmedium. 14. een computerprogramma dat in het interne geheugen van een computer kan worden geladen dat bestaat uit software of delen daarvan voor het uitvoeren van één of meerdere stappen volgens 15 één of meerdere van de voorafgaande conclusies. 15. het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 omschreven methode(n) en/of werkwijze(n) in de open ruimte. 20 16) het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 omschreven methode(n) en/of werkwijze(n) in gesloten ruimte(n), zoals gebouwen of tunnels. 17. het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 omschreven methode(n) en/of werkwijze(n) voor het maaien van sportterreinen, zoals golfterreinen 25 18. het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 omschreven methode(n) en/of werkwijze(n)in een landbouw- of tuinbouwtoepassing, zoals bij gewasverzorging. 19. het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 omschreven methode(n) 30 en/of werkwijze(n) voor het vervoeren of verplaatsen van goederen en/of personen. 20. het gebruik van één of meerdere van de onder de conclusies 1 t/m 13 ontschreven methode(n) en/of werkwijze(n) voor in een industriële of civiele toepassing zoals het vegen van (parkeerterreinen. 1 035 1 81